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VLAN 学习笔记大全
什么是 VLAN?
VLAN(Virtual LAN),翻译成中文是“虚拟局域网”。LAN 可以是由少数
几台家用计算机构成的网络,也可以是数以百计的计算机构成的企业网络。
VLAN 所指的 LAN 特指使用路由器分割的网络——也就是广播域。
在此让我们先复习一下广播域的概念。广播域,指的是广播帧(目标 MAC
地址全部为 1)所能传递到的范围,亦即能够直接通信的范围。严格地说,并
不仅仅是广播帧,多播帧(Multicast Frame)和目标不明的单播帧
(Unknown Unicast Frame)也能在同一个广播域中畅行无阻。
本来,二层交换机只能构建单一的广播域,不过使用 VLAN 功能后,它能
够将网络分割成多个广播域。
未分割广播域时……
那么,为什么需要分割广播域呢?那是因为,如果仅有一个广播域,有可
能会影响到网络整体的传输性能。具体原因,请参看附图加深理解。
图中,是一个由 5 台二层交换机(交换机 1~5)连接了大量客户机构成
的网络。假设这时,计算机 A 需要与计算机 B 通信。在基于以太网的通信中,
必须在数据帧中指定目标 MAC 地址才能正常通信,因此计算机 A 必须先广播
“ARP 请求(ARP Request)信息”,来尝试获取计算机 B 的 MAC 地址。
交换机 1 收到广播帧(ARP 请求)后,会将它转发给除接收端口外的其他
所有端口,也就是 Flooding 了。接着,交换机 2 收到广播帧后也会
Flooding。交换机 3、4、5 也还会 Flooding。最终 ARP 请求会被转发到同一
网络中的所有客户机上。
请大家注意一下,这个 ARP 请求原本是为了获得计算机 B 的 MAC 地址而
发出的。也就是说:只要计算机 B 能收到就万事大吉了。可是事实上,数据帧
却传遍整个网络,导致所有的计算机都收到了它。如此一来,一方面广播信息
消耗了网络整体的带宽,另一方面,收到广播信息的计算机还要消耗一部分
CPU 时间来对它进行处理。造成了网络带宽和 CPU 运算能力的大量无谓消耗。
广播信息是那么经常发出的吗?
读到这里,您也许会问:广播信息真是那么频繁出现的吗?
答案是:是的!实际上广播帧会非常频繁地出现。利用 TCP/IP 协议栈通信
时,除了前面出现的 ARP 外,还有可能需要发出 DHCP、RIP 等很多其他类型
的广播信息。
ARP 广播,是在需要与其他主机通信时发出的。当客户机请求 DHCP 服务
器分配 IP 地址时,就必须发出 DHCP 的广播。而使用 RIP 作为路由协议时,每
隔 30 秒路由器都会对邻近的其他路由器广播一次路由信息。RIP 以外的其他路
由协议使用多播传输路由信息,这也会被交换机转发(Flooding)。除了
TCP/IP 以外,NetBEUI、IPX 和 Apple Talk 等协议也经常需要用到广播。例
如在 Windows 下双击打开“网络计算机”时就会发出广播(多播)信息。
(Windows XP 除外……)
总之,广播就在我们身边。下面是一些常见的广播通信:
ARP 请求:建立 IP 地址和 MAC 地址的映射关系。
RIP:一种路由协议。
DHCP:用于自动设定 IP 地址的协议。
NetBEUI:Windows 下使用的网络协议。
IPX:Novell Netware 使用的网络协议。
Apple Talk:苹果公司的 Macintosh 计算机使用的网络协议。
如果整个网络只有一个广播域,那么一旦发出广播信息,就会传遍整个网
络,并且对网络中的主机带来额外的负担。因此,在设计 LAN 时,需要注意如
何才能有效地分割广播域。
广播域的分割与 VLAN 的必要性
分割广播域时,一般都必须使用到路由器。使用路由器后,可以以路由器
上的网络接口(LAN Interface)为单位分割广播域。
但是,通常情况下路由器上不会有太多的网络接口,其数目多在 1~4 个
左右。随着宽带连接的普及,宽带路由器(或者叫 IP 共享器)变得较为常见,
但是需要注意的是,它们上面虽然带着多个(一般为 4 个左右)连接 LAN 一侧
的网络接口,但那实际上是路由器内置的交换机,并不能分割广播域。况且使
用路由器分割广播域的话,所能分割的个数完全取决于路由器的网络接口个数,
使得用户无法自由地根据实际需要分割广播域。与路由器相比,二层交换机一
般带有多个网络接口。因此如果能使用它分割广播域,那么无疑运用上的灵活
性会大大提高。
用于在二层交换机上分割广播域的技术,就是 VLAN。通过利用 VLAN,
我们可以自由设计广播域的构成,提高网络设计的自由度。
VLAN 的访问链接
交换机的端口
交换机的端口,可以分为以下两种:
访问链接(Access Link)
汇聚链接(Trunk Link)
接下来就让我们来依次学习这两种不同端口的特征。这一讲,首先学习“访问
链接”。
访问链接
访问链接,指的是“只属于一个 VLAN,且仅向该 VLAN 转发数据帧”的端
口。在大多数情况下,访问链接所连的是客户机。
通常设置 VLAN 的顺序是:
生成 VLAN
设定访问链接(决定各端口属于哪一个 VLAN)
设定访问链接的手法,可以是事先固定的、也可以是根据所连的计算机而动
态改变设定。前者被称为“静态 VLAN”、后者自然就是“动态 VLAN”了。
静态 VLAN
静态 VLAN 又被称为基于端口的 VLAN(Port Based VLAN)。顾名思义,
就是明确指定各端口属于哪个 VLAN 的设定方法。
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